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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / N7 · number-theory

2012 IMO Shortlist N7

题面据 IMO Shortlist 可核档案整理;中文题意为本站自译,公式请以原始来源为准。

IMO Shortlist 2012 N7 number-theory

Find all nNn \in \mathbb{N} for which there exist nonnegative integers a1,a2,,ana_{1}, a_{2}, \ldots, a_{n} such that 12a1+12a2++12an=13a1+23a2++n3an=1.\frac{1}{2^{a_{1}}}+\frac{1}{2^{a_{2}}}+\cdots+\frac{1}{2^{a_{n}}}=\frac{1}{3^{a_{1}}}+\frac{2}{3^{a_{2}}}+\cdots+\frac{n}{3^{a_{n}}}=1 .

查找所有存在非负整数 a1,a2,,ana_{1}, a_{2}, \ldots, a_{n}nNn \in \mathbb{N} 使得 12a1+12a2++12an=13a1+23a2++n3an=1\frac{1}{2^{a_{1}}}+\frac{1}{2^{a_{2}}}+\cdots+\frac{1}{2^{a_{n}}}=\frac{1}{3^{a_{1}}}+\frac{2}{3^{a_{2}}}+\cdots+\frac{n}{3^{a_{n}}}=1 。

提示 1

先看同余、整除、最大公因数和 p 进赋值。

提示 2

把整数条件转成同余方程、指数比较或下降过程。

提示 3

若要存在性,用构造;若要唯一性,用最小反例、无限下降或模限制。

完整解答

这页先给题面、题型和提示阶梯,完整证明留给读者逐步展开。2012 年 IMO Shortlist N7 可先归入数论:第一步把题设翻成对象、条件、目标三行;第二步沿提示寻找不变量、标准构型或关键变形;第三步补齐边界情形,并回到题目原要求核对。

这题适合先独立想一轮再打开提示。不要急着搜索完整解答,先问自己:题面里最硬的限制是哪一句?